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RÉSUMÉ
Le choix des aciers et de traitements thermiques adaptés pour la réalisation des moules pour l'injection des thermoplastiques est prépondérant pour la longévité des moules, elle-même fondamentale pour la performance économique et environnementale du process de production. Après avoir définis les performances attendues pour un acier de moule d’injection, nous passerons en revue les procédés métallurgiques, les traitements thermiques et les traitements de surface permettant d’obtenir ces performances. La dynamique économique et la pression normative ne pourront qu’amplifier ces exigences dans un contexte de compétition et d’émulation technologique globale.
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Thomas MUNCH : Ingénieur ENSAIS-EAHP - Agrégé en Mécanique - Ancien Responsable Injection de Hager, Obernai, France
INTRODUCTION
Les principaux facteurs intervenant dans la longévité des outillages d'injection plastique sont la conception, la réalisation mécanique et le choix des matériaux. Le coût d'outillage est souvent très élevé et constitué principalement par la fabrication des empreintes. Le coût des aciers est proportionnellement faible. C'est pourquoi le choix des aciers se fait principalement sur des critères techniques, le prix d'achat étant secondaire. Un choix judicieux permet d'agir efficacement pour augmenter considérablement la durée de vie des outillages.
Les besoins en termes de propriétés de matériaux sont spécifiques à la carcasse, aux empreintes et aux pièces mobiles du moule. Ils concernent la tenue aux chocs, la limite d'élasticité, la conductibilité thermique, la résistance chimique, la résistance à l'usure, ainsi que les aptitudes à l'usinage, aux traitements thermiques et au polissage.
Les propriétés des aciers dépendent avant tout de leur composition et du traitement thermique : la connaissance de l'influence de ces paramètres sur les besoins spécifiques liés à l'injection des matières plastiques permet d'optimiser la longévité des outillages. Cependant, la pratique des traitements thermiques présente des risques liés à la spécificité des aciers généralement choisis. La prise en compte de ces phénomènes permet de réduire considérablement le danger de détruire les empreintes lors des traitements.
Le procédé d'obtention de l'acier permet également d'optimiser de façon très conséquente certaines propriétés indispensables pour des applications spécifiques à la plasturgie.
Dans certaines situations, ces propriétés ne peuvent être obtenues avec des aciers. Le recours à d'autres matériaux permet de satisfaire des besoins parfois antagonistes.
Les contraintes mécaniques et chimiques auxquelles sont soumises les matériaux constitutifs du moule sont examinées. Les principaux effets du traitement thermique sur leurs propriétés physico-chimiques et les mécanismes structuraux qui leurs sont associés sont décrits en détail. Enfin, la sélection des matériaux et des traitements thermiques est spécifiée et étayée.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
métallurgie des poudres traitement thermique traitement de surface procédés métallurgiques
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2013 par Thomas MUNCH
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Propriétés des aciers utilisés en plasturgie
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6. Traitements superficiels – applications
6.1 Cémentation
Les propriétés mécaniques nécessaires à cœur imposent un acier riche en carbone : le gain possible en dureté par cémentation, c'est-à-dire enrichissement en carbone de la couche superficielle est donc limité.
HAUT DE PAGE6.2 Nitruration
La nitruration est un enrichissement en azote de la couche superficielle par diffusion. La concentration en azote après traitement varie de la teneur maximale, en surface, vers une teneur nulle, à cœur.
Selon le procédé utilisé, on risque d'obtenir une couche de nitrure de fer en surface, dont l'adhésion et la cohérence sont souvent faibles et préjudiciables à l'état de surface de la pièce injectée, d'où les risques d'écaillage.
En fonction de la nuance de l'acier et des procédés utilisés, la température de traitement est comprise entre 450 °C et 600 °C. Si l'acier est bien choisi, la température de nitruration est inférieure à la température de revenu : les caractéristiques mécaniques à cœur ne sont pas modifiées par la nitruration.
Parmi les avantages de la nitruration, on note :
-
les faibles variations dimensionnelles si le traitement est uniforme ;
-
l’obtention de bonnes propriétés mécaniques (dureté, frottement, fatigue) ;
-
une amélioration de la résistance à la corrosion.
Les inconvénients de la nitruration sont notamment :
-
la faible profondeur durcie : il est impossible de réparer ou modifier l'empreinte en conservant la couche nitrurée ;
-
les faibles contraintes admissibles (fatigue de contact) ;
-
la faible épaisseur de l'usure admissible ;
-
la faible déformation admissible et la faible résistance aux chocs ;
-
la nécessité de supprimer la couche blanche (couche de nitrure de fer, fragile et difficile à maîtriser, se formant en surface lors de la nitruration) par rectification.
En conclusion, la nitruration des empreintes permet d'améliorer la résistance à l'usure, mais empêche toute modification ou réparation de l'empreinte, raison pour laquelle elle n'est généralement pas pratiquée sur les empreintes, mais...
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Traitements superficiels – applications
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARRALIS (J.), MAEDER (G.) - Métallurgie. - AFNOR-Nathan (2005).
-
(2) - BERANGER et al - Les aciers spéciaux. - Tech et Doc Lavoisier (1989).
-
(3) - GASTROW (H.) - Injection mold : injection mold : 130 Proven designs. - 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich (2007).
-
(4) - MUNCH (T.) - Du process à la pièce : l’injection des plastiques. - KDP éditions (2015).
-
(5) - PICHON (J.-F.) - Aide-mémoire d'injection des matières plastiques. - Dunod (2005).
-
(6) - REES (H.) - Mold engineering. - 2nd edition, Carl Hanser Verlag, Munich (2002).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Forum International de la Plasturgie, a lieu tous les trois ans à Lyon :
K-Messe, salon européen de la Plasturgie de rang mondial, a lieu tous les trois ans à Düsseldorf :
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Aubert et Duval
https://www.aubertduval.com/fr/
Bodycote
Böhler
DME-EOC
Hasco
Rabourdin
Uddeholm
https://www.uddeholm.com/france/fr/
...
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